乙炔法合成氯乙烯的固定床反應(yīng)器建模及分析.pdf

1、氯乙烯(VCM)是合成聚氯乙烯(PVC)樹脂的單體，PVC是五大通用樹脂之一，性能優(yōu)越，用途廣泛。本文重點(diǎn)對國內(nèi)PVC生產(chǎn)企業(yè)普遍采用的乙炔和氯化氫在固定床反應(yīng)器中合成VCM的過程結(jié)合工廠的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模及優(yōu)化分析，以便指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)實(shí)踐。
　　本文基于乙炔和氯化氫合成VCM的兩種反應(yīng)動力學(xué)（記為反應(yīng)動力學(xué)Ⅰ和反應(yīng)動力學(xué)Ⅱ），分別建立了該反應(yīng)的固定床反應(yīng)器一維均相數(shù)學(xué)模型。利用工廠的實(shí)際反應(yīng)器裝置參數(shù)和操作參數(shù)，進(jìn)行模型

2、對比，表明反應(yīng)動力學(xué)Ⅱ的計(jì)算結(jié)果更符合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際值，確定了模型的反應(yīng)動力學(xué)方程;在此基礎(chǔ)上，建立了固定床反應(yīng)器的二維擬均相數(shù)學(xué)模型，比較了二維擬均相模型的管內(nèi)溫度平均值和中心軸值沿管長的分布與一維模型計(jì)算的管內(nèi)溫度沿管長的變化，表明二維擬均相模型的中心軸值沿管長的分布與一維模型計(jì)算的管內(nèi)溫度沿管長的變化非常一致。一維模型和二維擬均相模型分別用Fortran和Matlab編程求解，前者采用的是龍格—庫塔算法，后者采用的是克蘭克—尼科爾

3、森方法(Crank-Nicolson)算法，為了求解簡便，本文采用一維模型對乙炔和氯化氫合成VCM的反應(yīng)規(guī)律進(jìn)行研究，并采集了某工廠前臺反應(yīng)器某一時(shí)間段的溫度數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明，模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)比較符合，該模型具有一定準(zhǔn)確性和可靠性。
　　利用已建立的乙炔和氯化氫合成VCM的固定床反應(yīng)器模型研究了影響VCM生產(chǎn)的各個(gè)因素，分析了乙炔空速u和催化劑活性a對反應(yīng)影響較大并且存在一定關(guān)聯(lián)，并給出了二者的關(guān)聯(lián)關(guān)系;分析了工

4、業(yè)生產(chǎn)中所用的最佳的循環(huán)熱水溫度85-93℃、進(jìn)料溫度應(yīng)保持不小于80℃和最佳的進(jìn)料比應(yīng)在1.05左右。
　　本文對已建立的模型進(jìn)行完善與優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合了傳熱系數(shù)計(jì)算方程、催化劑失活動力學(xué)方程，建立了完整的乙炔法合成氯乙烯的固定床反應(yīng)器動態(tài)模型，利用該模型計(jì)算了反應(yīng)器中溫度、乙炔轉(zhuǎn)化率、總傳熱系數(shù)和催化劑活性沿管長隨時(shí)間的變化情況，同時(shí)對單組反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化控制，得出符合實(shí)際的操作過程，以上研究結(jié)果表明，該模型可用于VCM合成的工業(yè)